Design and Implementation of Precision Time Synchronization in Wireless Networks Using ZigBee

ZigBee를 이용한 무선 네트워크 환경에서의 정밀 시각 동기 기법 설계 및 구현

  • Published : 2008.05.31

Abstract

Time synchronization is essential for a number of network applications such as high speed communication and parallel/distribution processing systems. As the era of ubiquitous computing is ushered in, the high precise time synchronization in wireless networks have been required in. This paper presents the design ana the implementation of the high precision time synchronization in wireless networks using ZigBee. To achieve high precision requirements, we have tried to analyze and reduce error factors such as the latency and jitters of a protocol stack on wireless environments. In addition, this paper includes some experiments and performance evaluations of our system. The result is that we established for nodes in a network to maintain their elects to within a 50 nanosecond offset from the reference clock.

시각 동기 기술은 초고속 통신, 병렬/분산 처리 시스템 등의 근간이 되는 기술이다. 최근 유비쿼터스 컴퓨팅에 대한 관심도가 증가하고, 요구하는 응용이 다양해짐에 따라 무선 환경에서 높은 정밀도를 유지하는 시각 동기 기술을 요구되어지고 있다. 본 논문에서는 이러한 요구사항을 만족시키기 위해서 ZigBee를 이용한 무선 네트워크에서의 정밀 시각 동기 기법을 설계하고 구현한다. 시각 동기 과정 중 프로토콜 계층에서 발생되는 지연을 최소화하고, 메시지 송수신 과정에서 발생하는 에러 요인을 분석 및 제거함으로서 정밀 시각 동기를 유지한다. 또한, 본 논문에서는 시각 동기 시스템을 검증하고, 성능평가를 수행하였다. 성능평가 결과, 네트워크 내의 노드는 참조 시각원으로부터 50나노초 이하의 시각 동기를 이루었다.

Keywords

References

  1. Soyoung Hwang, Yunju Baek, 'Fault Tolerant Time Synchronization for Wireless Sensor Networks,' Lecture Notes in Computer Science, vol. 3894, pp. 480-493, Mar. 2006
  2. Mills, D.L, 'Network Time Protocol (Version 3) Specification, Implementation and Analysis,' RFC1305, 1992
  3. A.Gunther, C. Hoene, 'Measuring Round Trip Times to Determine the. Distance Between WLAN Nodes,' Networking 2005, pp. 768-779, 2005
  4. Ryota Yamasaki, Atsushi Ogino, Tsuyoshi Tamaki, Takaki Uta, Naoto Matsuzawa, Takeshi Kato, 'TDOA Location System for IEEE 802.11b WLAN,' in Proceedings of. IEEE Wireless Communications and Networking Conference, Vol. 4, pp. 2338-2343, Mar. 2005
  5. IEEE $1588^{TM}$-2002, 'IEEE Standard for a Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems,' IEEE Instrumentation and Measurement Society, November 2002
  6. Weibel, Hans, 'High Precision Clock Synchronization according to IEEE 1588 - Implementation and Performance Issues,' Embedded World, pp. 22-24, 2005
  7. Juha Kannisto, Timo Vanhatupa, Marko Hannikainen, and Timo D. Hamalainen, 'Precision Time Protocol Prototype on Wireless LAN,' Lecture Notes in Computer Science, vol. 3124, pp. 1236-1245, 2004 https://doi.org/10.1007/978-3-540-27824-5_160
  8. Kannisto, J.,Vanhatupa, T. Hannikainen, M. Hamalainen, T.D. 'Software and hardware prototypes of the IEEE 1588 precision time protocol on wireless LAN,' 14th IEEE Workshop on Local and Metropolitan Area Networks 2005, Sept. 2005
  9. H. G. Berns, T. H. Burnett, R. Gran, and R. J. Wilkes, 'GPS time synchronization in school-network cosmic ray detectors,' IEEE Trans. Nucl. Sci., vol. 51, June 2004
  10. Hans Weibel, Dominic Béchaz, 'IEEE 1588 Implementation and Performance of Time Stamping Techniques,' 2004 Conference on IEEE 1588, September 28, 2004
  11. Freescale, 'MCF5235 datasheet,' http://www.freescale.com, 2004
  12. Texas Instrument, 'CC2420 datasheet,' http:// www.ti.com, 2004